Falsche Konzepte über statische Elektrizität

Elektrische Stromkreise

Elektrischer Strom entsteht durch Spannung, und die Spannung in einem Stromkreis entsteht durch das Ungleichgewicht der Ladung, die sich auf der Oberfläche von Drähten befindet.

„Statische Elektrizität“ lässt Stromkreise funktionieren. Ohne die „statische Elektrizität“ aus Batterien oder Generatoren gäbe es keine modernen Elektrogeräte. Dies ist nicht überraschend, denn Spannung und Elektrostatik sind eng miteinander verbunden.

Auch so kann man es erklären: Wenn man mit Plastik über Fell reibt, erzeugt man viele Tausend Volt. In beiden Materialien entsteht nämlich ein Ungleichgewicht in der Oberflächenspannung. Und bei beiden bilden sich elektrostatische Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte.

In einem Stromkreis treiben die elektrostatischen Kräfte die Ladung durch den Draht. Elektrischer Strom wird von „statischer Elektrizität“ weitergepumpt.

Reibung erzeugt keine Elektrizität

Also entsteht „statische Elektrizität“ durch Reibung? Falsch! „Statische“ Elektrizität entsteht immer dann, wenn zwei unterschiedliche isolierende Materialien zusammengeführt und dann wieder getrennt werden. Es braucht nur die Berührung.

Wenn die Oberflächen sich berühren, entstehen chemische Verbindungen. Neigen die Atome der einen Oberfläche dazu, Elektronen fester an sich zu binden, dann versucht diese Oberfläche, sobald die Berührung entsteht, der anderen Oberfläche geladene Teilchen zu stehlen. So kommt es dazu, dass die Oberflächen sich entgegengesetzt aufladen: Es entsteht ein Ungleichgewicht der gegensätzlichen Polarität. Eine Oberfläche hat jetzt mehr Elektronen als Protonen, während die andere mehr Protonen als Elektronen hat. Wenn man die Oberflächen dann trennt, werden auch diese Regionen mit entgegengesetzter Ladung getrennt. Wenn man z.B. Klebeband auf eine isolierende Oberfläche klebt und dann wieder abzieht, elektrisieren sich sowohl das Band als auch die Oberfläche. Es bedarf keiner Reibung.

Noch ein Beispiel: Wenn ein dünnes Material zwischen zwei Rollen hindurchläuft, dann lädt sich das Material manchmal elektrisch auf. Die Rollen werden entgegengesetzt aufgeladen. Wenn eine Zeitung beim Drucken durch die Gummiwalzen läuft, elektrisiert sie sich, und das kann später zu Problemen in Form von Anhaftungen und Funkensprühen führen.

Diese Phänomene in großen Zeitungsdruckereien inspirierten Robert Van de Graaff dazu, seinen berühmten Generator zu entwerfen.

Es ist keine Reibung nötig. Wenn jedoch eins der Materialien rau und faserig ist und keine sehr große Kontaktfläche ermöglicht, dann kann das Ausmaß der Kontaktfläche durch Reibung vergrößert werden. Reibung kann zudem dünne Schichten von Öl oder Oxid entfernen, und so die reine Fläche darunter freilegen.

Das Klebeband muss nicht gerieben werden, um ein Ladungsungleichgewicht zu erzeugen, die Haare müssen aber mit dem Ballon gerieben werden. Das Reiben ist aber nicht die Ursache der Elektrisierung. Elektrisierung kann allein durch den Kontakt entstehen.

Spannungen und elektrische Felder

Bei „statischer Elektrizität“ gibt es ernorm hohe Spannungen. Wenn man wieder das Beispiel mit den zwei isolierenden Oberflächen nimmt, die aneinander haften (oder gerieben werden), und dann getrennt werden, dann wird zwischen ihnen ein sehr starkes elektrisches Feld erzeugt, und genau dieses Feld lässt die Haare zu Berge stehen, zieht Flusen an etc.

Dieses elektrische Feld ist auch ein Beispiel für reine Spannung bzw. Spannung ohne Strom. Die Stärke dieses elektrischen Felds ist im Vergleich zu der Spannung von Batterien und zur Spannung normaler elektrischer Schaltkreise unglaublich groß. Es ist viele tausend Mal stärker, manchmal sogar Hunderte tausend Mal.